Байджанов А.Р., Проуторов Е.В., Баруздина О.С., Настулявичус А.А.

Череповецкий государственный университет, Россия

Исследование проводимости в сегнетоэлектриках в точке фазового перехода.

В настоящее время для исследования реальных физических систем использование только аналитических методов недостаточно. Значительную поддержку для проведения экспериментальных работ оказывают компьютерные технологии. Компьютерное моделирование позволяет выбрать необходимую модель, определяемую химическим строением вещества и его структурой и определить микроскопические параметры, характеризуемые систему.

Как известно, ферроэлектрики представляют собой класс кристаллических твердых тел, обладающих спонтанной поляризацией, которая проявляется в определенном диапазоне температур.

Для описания сегнетоэлектрических систем используется понятие температуры Кюри (Тс). При температурах выше данной характерно отсутствие спонтанной поляризации. В этой области температур сегнетоэлектрик ведет себя как обычный диэлектрик и называется параэлектриком. При температуре ниже Тс спонтанная поляризация не разрушена и диэлектрик может быть сегнетоэлектриком. Спонтанной поляризацией, которая обозначается как и зависит от температуры, обладает также класс пароэлектриков. Однако, в отличии от сегнетоэлектриков, их спонтанная поляризация не может быть повторно ориентирована электрическим полем. Вторым отличием сегнетоэлектриков от пироэлектриков является наличие доменной структуры, как у ферромагнетиков. Домены с электрическим моментом у сегнетоэлектриков могут перестраиваться под действием электрического поля.

Была рассмотрена зависимость проводимости от условной температуры. Расчеты проводились с помощью динамического метода Монте-Карло. В качестве модели сегнетоэлектрика принималась трехмерная решеточная модель Гейзенберга. Проводимость вычислялась как величина, пропорциональная количеству заряженных частиц, прошедших через заданную ячейку за определенное время. При расчетах учитывались энергии взаимодействия электрона с внешним электрическим полем и ближайшими восемью диполями сегнетоэлектрика, а также взаимодействия диполей между собой.

На рис. 2 приведена двухмерная модель расположения электронов в окружении диполей. Синие окружности – местоположение электронов, черные стрелочки - диполи. В моделировании используется двумерная модель , т.к. трехмерная модель трудна для восприятия.

Рис 2.

Ротаторы задавались трехмерным массивом. Начальные углы θ и φ были равны 90 и 0 градусам соответственно.

Далее приведены графики зависимости электронов, достигших границу от условной температуры.

Рис.3. Зависимость электронов, достигших границу от условной температуры.

Из графика видно, что условная проводимость возрастает с ростом условной температуры. При достижении точки фазового перехода имеет место аномальное поведение проводимости.

Существуют экспериментальные опыты, подобные этому. Графики, полученные при помощи моделирования, совпадают с экспериментальными [1], [2]. Дальнейшее усовершенствование программы позволит определить и другие характеристики системы с наибольшей точностью.

Литература:

[1] Голицына О.М., Дрождин С.Н. «Диэлектрические свойства пленочных структур «Желатин-Триглицынсульфат»(статья)

[2] Кочервинский В.В., Козлова Р. В., Хныков А. Ю., Шмакова Н.А.

«Структурные особенности фазовых переходов порядок-беспорядок в сополимерах винилиденфторида»(статья)